茶葉籽榨油機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

陳 斌，陳長(zhǎng)卿，鄭寨生，邊曉東，陳麗娟，袁名安

（金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（浙江省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院），浙江金華 321017）

0 引言

茶葉籽綜合利用是對(duì)茶樹(shù)重要功能價(jià)值的全新利用。茶葉籽是茶樹(shù)的種子，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)達(dá)400多天，富含不飽和脂肪酸、茶多酚、維生素E、角鯊烯等多種高品質(zhì)功能活性成分，是整株茶樹(shù)中最精華的部位[1]。茶葉籽油不飽和脂肪酸含量超過(guò)80%，其中亞油酸15%～35%，是油茶籽油的3倍[2，3]，更特別的是含有豐富的天然茶多酚、角鯊烯、維生素E等多種功能活性成分，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值媲美橄欖油，多項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)超過(guò)橄欖油，長(zhǎng)期食用能增強(qiáng)免疫功能、促進(jìn)新陳代謝、提高抗病能力、延緩機(jī)體衰老，是一種綠色健康的功能食用油，特別是可作為老年人或心血管病人的保健用油[4，5]。

根據(jù)查閱研究文獻(xiàn)，近年來(lái)研究學(xué)者已在微波提質(zhì)[6]、預(yù)處理[7，8]、工藝參數(shù)[9，11]等方面對(duì)茶葉籽加工進(jìn)行了研究，而螺旋壓榨取油是當(dāng)今油料加工的最主要的方法之一，但專(zhuān)門(mén)針對(duì)茶葉籽螺旋榨油機(jī)的研究及設(shè)備相對(duì)較少，導(dǎo)致現(xiàn)有螺旋榨油機(jī)在壓榨茶葉籽時(shí)出油率低，且易出現(xiàn)各種問(wèn)題。因此，對(duì)茶葉籽壓榨設(shè)備的研究具有重要意義。

本文以茶葉籽螺旋壓榨為研究對(duì)象，以設(shè)備設(shè)計(jì)與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究自清理吸料和油渣分離回榨技術(shù)方案，設(shè)計(jì)了茶葉籽榨油機(jī)，并采用單因素試驗(yàn)分析茶餅厚度對(duì)茶葉籽出油率的影響，為茶葉籽螺旋壓榨設(shè)備設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)的選擇提供設(shè)計(jì)依據(jù)和參考。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

本文設(shè)計(jì)茶葉籽榨油機(jī)主要由自清理吸料裝置、螺旋壓榨裝置、油渣分離回榨系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。茶葉籽榨油機(jī)的主要參數(shù)為：額定功率15 kW，榨螺軸轉(zhuǎn)速25～30 r/min，作業(yè)效率200～250 kg/h。

圖1 茶葉籽榨油機(jī)示意圖

1.2 工作原理

根據(jù)螺旋壓榨制油理論，本文設(shè)計(jì)的茶葉籽榨油機(jī)借助茶葉籽油料在內(nèi)受空間容積由大到小的變化及螺旋軸的推進(jìn)力，榨圈內(nèi)曲線裾齒的阻力，料胚間相互擠壓摩擦而產(chǎn)生很大壓榨力來(lái)實(shí)現(xiàn)茶葉籽壓榨制油。

茶葉籽榨油機(jī)的吸料裝置通過(guò)氣泵產(chǎn)生的負(fù)壓，將加熱提質(zhì)后的茶葉籽仁吸入榨油機(jī)的進(jìn)料機(jī)構(gòu)，螺旋榨油裝置進(jìn)行對(duì)茶葉籽仁進(jìn)行壓榨制油，油渣分離回榨系統(tǒng)對(duì)壓榨產(chǎn)生的油渣混合液進(jìn)行過(guò)濾分離，并將過(guò)濾后的油渣通過(guò)絞龍機(jī)構(gòu)輸送至進(jìn)料斗重新回榨，以提高茶葉籽的出油率。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 自清理吸料裝置

傳統(tǒng)榨油機(jī)的吸料裝置容易造成吸料濾網(wǎng)堵塞，影響茶葉籽進(jìn)料效率。為解決濾網(wǎng)堵塞的難題，設(shè)計(jì)了自清理吸料裝置，如圖2所示，主要由吸料電機(jī)、吸料筒、濾網(wǎng)更換部件和濾網(wǎng)清理部件組成。吸料電機(jī)、吸料筒和濾網(wǎng)更換部件之間采用可分離式連接設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換濾網(wǎng)，防止濾網(wǎng)堵塞，影響進(jìn)料效率。濾網(wǎng)更換時(shí)，氣缸使濾網(wǎng)更換部件與吸料電機(jī)和吸料筒快速分離，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)更換部件，使備用的濾網(wǎng)進(jìn)入吸料作業(yè)，濾網(wǎng)清理電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾刷自轉(zhuǎn)，從而使?jié)L刷對(duì)更換的濾網(wǎng)進(jìn)行清理，同時(shí)，控制吸塵器工作，將滾刷刷動(dòng)產(chǎn)生的灰塵及時(shí)吸走，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾網(wǎng)的自清理效果。

圖2 自清理吸料裝置示意圖

2.2 油渣分離回榨系統(tǒng)

針對(duì)螺旋壓榨的茶葉籽毛油中含有大量的油渣，而且油渣中的含油量很高的難題，采用油渣分離和絞龍回渣設(shè)計(jì)方案使油渣進(jìn)行回榨，提升茶葉籽出油率。設(shè)計(jì)的油渣分離回榨系統(tǒng)，如圖3所示，主要由接油斗、螺旋導(dǎo)向器、濾網(wǎng)和回榨絞龍組成。平面螺旋導(dǎo)向件與濾網(wǎng)貼合設(shè)計(jì)，組成油渣分離回榨系統(tǒng)的核心部件。工作時(shí)，榨油機(jī)產(chǎn)生的茶葉籽油倒入壓榨分離回榨系統(tǒng)，濾網(wǎng)將茶葉籽油過(guò)濾后會(huì)產(chǎn)生油渣，驅(qū)動(dòng)盤(pán)會(huì)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的油渣逐漸沿著螺旋導(dǎo)向件移動(dòng)，這樣會(huì)增大油渣在濾網(wǎng)上的行程，同時(shí)，螺旋導(dǎo)向件也會(huì)對(duì)油渣產(chǎn)生一定的擠壓，從而能使油渣中的茶葉籽油能夠有足夠的時(shí)間濾出并穿過(guò)濾網(wǎng)滴落到導(dǎo)油板上，提升油渣中的茶葉籽油的濾出率。

圖3 油渣分離回榨系統(tǒng)、螺旋導(dǎo)向器和濾網(wǎng)示意圖

3 茶葉籽壓榨試驗(yàn)研究

茶餅厚度是茶葉籽螺旋壓榨制油的重要工藝參數(shù)之一，茶餅厚度參數(shù)會(huì)影響茶葉籽在螺旋壓榨中所受負(fù)載大小與壓力穩(wěn)定性，它對(duì)于提高茶葉籽的出油率和茶葉籽油品質(zhì)具有重要作用。為提高茶葉籽的出油率，本試驗(yàn)以茶葉籽為原料，以茶餅厚度為因素進(jìn)行茶葉籽螺旋壓榨單因素試驗(yàn)。試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)茶葉籽榨油機(jī)設(shè)置茶餅厚度為0.6 mm、1.2 mm、1.8 mm、2.4 mm、3.0 mm五個(gè)水平，每個(gè)水平選取同批次茶葉籽100 kg，進(jìn)行破殼清選和微波加熱，再進(jìn)行螺旋壓榨試驗(yàn)。

由圖4可知，茶餅厚度對(duì)茶葉籽出油率和茶餅殘油率有一定的影響，隨著茶餅厚度的增加，茶葉籽出油率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，茶餅殘油率則為先下降后上升，其原因是茶餅厚度決定茶葉籽榨油機(jī)的榨膛壓力，當(dāng)茶餅厚度減小，榨膛壓力升高，克服茶葉籽油料變形阻力的能力就增強(qiáng)，使得茶葉籽油料在榨膛中擠得更加密實(shí)，油脂從茶葉籽油料的出油孔道中擠壓得也就越干凈，同時(shí)出油壓力也增大，油脂流出壓力也增大[12]。但是隨著茶葉籽油料不斷壓緊，榨膛壓力的逐漸提高，會(huì)使茶葉籽油料越來(lái)越緊密，導(dǎo)致茶葉籽油料的出油孔道縮小，從而也增加了油脂在出油孔道中的流動(dòng)阻力，甚至?xí)箍椎蓝氯璧K茶葉籽油的流出，導(dǎo)致茶葉籽出油率降低以及茶餅殘油率升高。

圖4 茶餅厚度對(duì)茶葉籽出油率和茶餅殘油率的影響

此外，茶餅厚度還影響著壓榨溫度，而壓榨溫度變化則影響到茶葉籽出油率[13]。合適的壓榨溫度可以提高茶葉籽油料塑性，從而降低油脂的粘度，有利于茶葉籽油的流出。但是如果壓榨溫度過(guò)低，則茶葉籽油料不易結(jié)合，茶餅不易成型，茶葉籽油料可塑性降低，茶葉籽油脂枯度升高，不利于壓榨出油，導(dǎo)致出油率較低；但如果壓榨溫度過(guò)高，將會(huì)使茶葉籽油料中某些物質(zhì)氣化，也會(huì)降低茶葉籽油的出油率。

因此，茶餅厚度參數(shù)對(duì)茶葉籽出油率影響較大。在茶餅厚度為1.2 mm時(shí)，茶葉籽出油率顯著上升至最高值11.86%，茶餅殘油率降低至最低值7.12%。此時(shí)，茶葉籽壓榨溫度在135℃，壓榨功率在11.7 kW。

4 結(jié)語(yǔ)

1）結(jié)合自清理吸料裝置、螺旋榨油裝置、壓榨分離回榨系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了茶葉籽榨油機(jī)，并且通過(guò)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了較高的出油率，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為茶葉籽榨油機(jī)的改進(jìn)和研發(fā)提供理論參考。

2）對(duì)研制的茶葉籽榨油機(jī)通過(guò)單因素試驗(yàn)分析，茶餅厚度對(duì)茶葉籽出油率影響顯著，能較好地描述茶葉籽出油率與茶餅厚度參數(shù)之間的關(guān)系，有助于選擇合理的茶餅厚度，降低茶餅殘油率和提高茶葉籽出油率。